Mass Transport and Structural Properties of Binary Liquid Iron Alloys at High Pressure
Mass Transport and Structural Properties of Binary Liquid Iron Alloys at High Pressure
复制标题
高压二元液态铁合金的传质和结构性能
DOI：
10.1029/2019gc008393
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
G. Steinle‐Neumann
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
E. S. Posner;G. Steinle‐Neumann
我们使用第一性原理分子动力学方法确定了二元液态铁合金在宽密度（5.055-11.735 g·cm−3）和温度范围（2，500 - 6，500 K）内的质量输运和结构性质。组成由96原子%的Fe和4原子%的Fe组成，其中Fe = H、C、N、O、Mg、Si、S或Ni。Fe和Cu的自扩散系数（D）在3.5·10−9 ~ 1.9·10−7 m2·s−1之间。结果表明，合金元素和铁的平均原子半径与扩散率比之间存在关系：Si和Ni是“类铁”，具有与Fe相似的原子半径和D; H、C、N、O和S是“小非类铁”，具有较小的原子半径和较大的D; Mg从具有较大原子半径和较小D的“大非铁类”在低密度下转变为地核条件下的铁类。当密度低于~8 g·cm−3时，压力对C、N和O的D的影响可以忽略不计，伴随着平均配位数增加到~6，平均原子半径增加。当密度大于8 g·cm−3时，这些元素的扩散系数和原子半径随压力单调下降，这对于类铁合金元素以及H、Mg和S在整个压缩范围内是典型的。虽然原子半径比随着压缩而趋于一致，但合金元素相对于铁的扩散率比倾向于随着密度的增加而增加“非铁类”元素。
We determine mass transport and structural properties of binary liquid iron alloys over a wide density (5.055–11.735 g·cm−3) and temperature range (2,500–6,500 K) using first‐principles molecular dynamics. Compositions consist of 96 at% Fe and 4 at% ϕ, where ϕ = H, C, N, O, Mg, Si, S, or Ni. Self‐diffusion coefficients (D) of Fe and ϕ range from 3.5·10−9 to 1.9·10−7 m2·s−1. Results show a relation between mean atomic radius and diffusivity ratio for the alloying element and iron: Si and Ni are “iron‐like” with similar atomic radii and D compared with those of Fe; H, C, N, O, and S are “small non‐iron‐like” with smaller atomic radii and larger D; and Mg transitions from “large non‐iron‐like” with a larger atomic radius and smaller D at low density to iron‐like under conditions of the Earth's core. The effect of pressure on D for C, N, and O is negligible for densities below ~8 g·cm−3, accompanied by an increase in average coordination numbers to ~6, and an increase in mean atomic radii. For densities above ~8 g·cm−3, diffusivities and atomic radii of these elements decrease monotonically with pressure, which is typical for the iron‐like alloying elements as well as for H, Mg, and S over the whole compression range. While atomic radius ratios move toward unity with compression, diffusivity ratios for the alloying element relative to iron tend to increase for the “non‐iron‐like” elements with density.
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影响因子：
5.3
作者：
Posner;Steinle-Neumann
通讯作者：
Steinle-Neumann
影响因子：
56.9
作者：
Kruijer, T. S.;Touboul, M.;Kleine, T.
通讯作者：
Kleine, T.
影响因子：
5.3
作者：
Li, Yunguo;Vocadlo, Lidunka;Brodholt, John P.
通讯作者：
Brodholt, John P.
DOI：
10.1073/pnas.1821712116
发表时间：
2019-05-21
影响因子：
11.1
作者：
Arveson, Sarah M.;Deng, Jie;Lee, Kanani K. M.
通讯作者：
Lee, Kanani K. M.